刘晓东， 吴佳琪， 黄 旭， 李俊杰， 曹逢源

(同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804)



基于FPGA的多功能数据采集系统设计

刘晓东， 吴佳琪， 黄 旭， 李俊杰， 曹逢源

(同济大学 机械与能源工程学院，上海 201804)

设计了一种以现场可编程门阵列(FPGA)为核心的数据采集系统。系统具有4个采集通道，直接通过上位机的指令配置，可根据实际需求选择实时采样或高速采样。设计了采集系统的硬件电路，开发了FPGA程序，以实现数据采集、存储、自动电桥平衡、状态反馈等功能，采用RS—232串口方式与上位机通信。实验证明：系统实现了预期功能，可达到实时采样频率为2.88 kHz和高速采样频率为91.5 kHz的数据采集。

数据采集； 现场可编程门阵列； 自动电桥平衡； RS—232串口

0 引 言

数据采集系统广泛应用于航空航天、医疗器械和机械工程等工业领域中[1]。在实际应用中，对采集系统有着多样化的需求：有的要求实时采集，有的要求高速采集，在对电桥电路的输出信号采集前还需对电桥初始不平衡进行调节。以切削力测量为例，如果采用市场上的标准仪器，则需同时配备电阻应变仪、示波器和信号分析仪等。

现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)是由可编程逻辑块组成的数字集成电路[2]，具有速度快、抗干扰能力强、程序设计灵活方便等优点[3]。只要FPGA规模够大，理论上能形成一切数字系统，包括单片机甚至中央处理器(central processing unit,CPU)。目前FPGA的主要器件供应商有Altera,Xilinx,Lattice,Actel等[4]。

本文设计了以FPGA为处理器的多功能数据采集系统，实现实时采集、高速采集、自动电桥平衡等不同功能。……